JP2007272168A - Composition for resist underlayer film and resist underlayer film using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板にレジストパターンを形成する際に、反射防止膜として使用されるレジスト下層膜に使用するレジスト下層膜用組成物、これを用いたレジスト下層膜に関する。 The present invention relates to a resist underlayer film composition used for a resist underlayer film used as an antireflection film when forming a resist pattern on a substrate, and a resist underlayer film using the same.
半導体素子の製造において、基板へのパターン形成は、リソグラフィープロセスにより行なわれている。
近年では回路基板における半導体素子の高集積化が進むにつれ、露光工程中に発生する定常波が、パターンの寸法変動を引き起こしていた。この定常波を抑える方法として、レジスト組成物中に吸光剤を添加したり、形成されたレジスト層の上面、或いは、レジスト層の下層に反射防止膜を敷いたりする方法が提案されている。
In the manufacture of semiconductor elements, pattern formation on a substrate is performed by a lithography process.
In recent years, as the integration of semiconductor elements on a circuit board has progressed, standing waves generated during the exposure process have caused variations in the dimensions of the pattern. As a method for suppressing this standing wave, a method of adding a light-absorbing agent to the resist composition or laying an antireflection film on the upper surface of the formed resist layer or the lower layer of the resist layer has been proposed.
また、より微細なパターンを形成するためには、反射防止膜とレジスト層を薄膜化することが求められている。しかしながら、レジスト層の薄膜化に伴い、正確なエッチングを行うことが困難であるために、基板の高精度な加工が困難となっている。そこで、加工対象である基板等の被加工膜とレジスト層との間に、反射防止膜としての機能を備えたレジスト下層膜(ハードマスク)及び/又は有機系ボトムレイヤーを形成して、基板、酸化膜や層間絶縁膜等の被加工膜をドライエッチングするプロセスが行われている。 In order to form a finer pattern, it is required to reduce the thickness of the antireflection film and the resist layer. However, since it is difficult to perform accurate etching as the resist layer is thinned, it is difficult to process the substrate with high accuracy. Therefore, a resist underlayer film (hard mask) and / or an organic bottom layer having a function as an antireflection film is formed between a film to be processed such as a substrate to be processed and a resist layer to form a substrate, A process of dry etching a film to be processed such as an oxide film or an interlayer insulating film is performed.
このレジスト下層膜用組成物には、レジスト層とのエッチング選択比の問題からケイ素系の材料を用いることが提案されている(例えば特許文献1,2参照)。
しかしながら、特許文献1,2に開示されているレジスト下層膜材料では、該レジスト下層膜材料から形成されたレジスト下層膜上に形成されたレジストパターンにおいて、裾引きが発生するという問題が生じている。このような裾引きが発生した場合には、レジスト下層膜をエッチングする際に所望の形状にパターンを転写できないという問題が生じる。 However, the resist underlayer film materials disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a problem that tailing occurs in the resist pattern formed on the resist underlayer film formed from the resist underlayer film material. . When such tailing occurs, there arises a problem that the pattern cannot be transferred to a desired shape when the resist underlayer film is etched.
以上の課題に鑑み、本発明はレジストパターンの裾引きを低減させるとともに、該パターンの形状を改善することが可能なレジスト下層膜用組成物、及びこれを用いたレジスト下層膜を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a resist underlayer film composition capable of reducing the tailing of a resist pattern and improving the shape of the pattern, and a resist underlayer film using the same. Objective.
本発明は、質量平均分子量が3000以下の(A)シロキサン系化合物と、(B)シロキサン系重合体と、を含有するレジスト下層膜用組成物を提供する。
また、上記レジスト下層膜用組成物を、塗布して、所定の温度でベークして得られたレジスト下層膜を提供する。
The present invention provides a resist underlayer film composition containing (A) a siloxane compound having a mass average molecular weight of 3000 or less and (B) a siloxane polymer.
Moreover, the resist underlayer film obtained by apply | coating the said composition for resist underlayer films and baking at predetermined temperature is provided.
本発明によれば、レジスト下層膜中の重合体として、質量平均分子量が3000以下の(A)シロキサン系化合物を含有することによって、レジスト下層膜上に形成されたレジストパターンの裾引きを低減するとともに、パターン形状を改善することが可能となった。 According to the present invention, the tailing of the resist pattern formed on the resist underlayer film is reduced by containing (A) a siloxane compound having a mass average molecular weight of 3000 or less as the polymer in the resist underlayer film. At the same time, the pattern shape can be improved.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(B)シロキサン系重合体(以下、(B)成分ともいう)と、質量平均分子量が3000以下の(A)シロキサン系化合物(以下、(A)成分ともいう)を含有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The resist underlayer film composition according to the present invention comprises (B) a siloxane polymer (hereinafter also referred to as component (B)) and (A) a siloxane compound having a mass average molecular weight of 3000 or less (hereinafter referred to as (A). Component)).
[(A)シロキサン系化合物]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(A)シロキサン系化合物を含有する。この(A)シロキサン系共重合体は、質量平均分子量が3000以下である。質量平均分子量をこのような範囲とすることによって、レジスト下層膜上に形成されたレジストパターンの裾引きを低減させるとともに、パターンの形状を改善することも可能となる。
[(A) Siloxane compound]
The resist underlayer film composition according to the present invention contains (A) a siloxane compound. This (A) siloxane copolymer has a mass average molecular weight of 3000 or less. By setting the mass average molecular weight in such a range, it is possible to reduce the tailing of the resist pattern formed on the resist underlayer film and to improve the pattern shape.
上記(A)シロキサン系化合物としては、下記の一般式(a−1)及び(a−2)で示されるようなラダー状構造、環状構造もしくはかご型構造のいずれかの構造を有するものが好ましいものとして挙げられる。 As said (A) siloxane type compound, what has a structure of either a ladder-like structure, a cyclic structure, or a cage structure as shown by the following general formula (a-1) and (a-2) is preferable. It is mentioned as a thing.
ここで、R1、R3、R4、R5、R6の「アルキル基」及び「アルコキシ基」としては、炭素数1から3のものであることが好ましい。
これらのアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。
これらのアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
上記一般式(a−1)(a−2)の化合物においては、R1、R3、R4およびR5の合計の25モル%以上が水酸基であることが好ましい。
また、一般式(a−3)の化合物においては、R6の25モル%以上が水酸基であることが好ましい。
Here, the “alkyl group” and “alkoxy group” of R 1 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are preferably those having 1 to 3 carbon atoms.
Examples of these alkyl groups include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group.
Examples of these alkoxy groups include a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group.
In the compounds of the general formulas (a-1) and (a-2), it is preferable that 25 mol% or more of the total of R 1 , R 3 , R 4 and R 5 is a hydroxyl group.
Moreover, in the compound of general formula (a-3), it is preferable that 25 mol% or more of R 6 is a hydroxyl group.
さらに、R2の炭化水素基としては、直鎖状、分岐状あるいは環状の炭素数1から18の脂肪族炭化水素、又は芳香族炭化水素基であることが好ましい。上記直鎖状又は分岐状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、ノルボルネニル基、アダマンチル基等の環状アルキル基;等が挙げられる。上記芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、トリル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ジフェニルメチル基、トリフェニルメチル基、1−メチル−1−フェニルエチル基等のアラルキル基;等が挙げられる。これらの炭化水素基は、置換基を有していてもよく、この置換基としては、例えば、水酸基、炭素数1から3のアルコキシ基等が挙げられる。
このうち、R2として好ましいものとしては、ノルボルニル基、または下記式(a−4)で表される基である。
特に、式(a−4)で表される基は、後述の(B)成分、有機溶媒との相溶性に優れ好ましい。
式(a−1)(a−2)で表されるシロキサン系化合物においては、式(a−4)で表される基が、R2の10モル%以上、より好ましくは25モル%以上含まれることが好ましい。また、式(a−3)で表されるシロキサン系化合物においては、式(a−4)で表される基が、R2の12.5モル%以上、より好ましくは25モル%以上含まれることが好ましい。上記値以上にすることにより、(A)シロキサン系化合物の有機溶媒との相溶性を特に向上させることができる。
Furthermore, the hydrocarbon group for R 2 is preferably a linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group. Examples of the linear or branched hydrocarbon group include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, t-butyl group, pentyl group, neopentyl group, hexyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, and undecyl group. And alkyl groups such as dodecyl group; alkenyl groups such as vinyl group, allyl group and propenyl group; cyclic alkyl groups such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, norbornyl group, norbornenyl group and adamantyl group; Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a naphthyl group, a methylphenyl group, an ethylphenyl group, a tolyl group, a chlorophenyl group, a bromophenyl group, and a fluorophenyl group; a benzyl group, a phenethyl group, and a naphthylmethyl group Aralkyl groups such as diphenylmethyl group, triphenylmethyl group, 1-methyl-1-phenylethyl group, and the like. These hydrocarbon groups may have a substituent, and examples of the substituent include a hydroxyl group and an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms.
Among these, preferred as R 2 is a norbornyl group or a group represented by the following formula (a-4).
In particular, the group represented by the formula (a-4) is excellent in compatibility with the later-described component (B) and the organic solvent, and is preferable.
Included in the siloxane compound represented by the formula (a-1) (a- 2), a group represented by the formula (a-4) is 10 mol% or more of R 2, more preferably at least 25 mol% It is preferable that In the siloxane compound represented by the formula (a-3), a group represented by the formula (a-4) is 12.5 mol% or more of R 2, includes more preferably more than 25 mol% It is preferable. By setting it to the above value or more, the compatibility of the (A) siloxane compound with the organic solvent can be particularly improved.
また、式(a−1)の化合物において、R1とR3及び/又はR4とR5とが一緒になって−O−であってもよい。この場合、かご型構造となる。かご型構造の場合には、mは、2から4であることが好ましく、略立方体形状のT8構造、略五角柱形状のT10構造、略六角柱形状のT12構造となる。 In the compound of the formula (a-1), R 1 and R 3 and / or R 4 and R 5 may be combined to be —O—. In this case, a cage structure is obtained. In the case of a cage structure, m is preferably 2 to 4, and has a substantially cubic T8 structure, a substantially pentagonal T10 structure, and a substantially hexagonal T12 structure.
上記一般式(a−1)及び(a−3)で示されるシロキサン系化合物としては、具体的には下記の構造式(a−1−1)、(a−1−2)及び(a−3−1)で示されるものが好ましい。
(A)シロキサン系化合物の質量平均分子量の上限値は、3000以下であり、2800以下であることが好ましい。また、下限値としては、300以上であることが好ましく、500以上であることがより好ましい。下限値を300以上にすることにより、このシロキサン系化合物の蒸発を抑制することができ、本発明に係るレジスト下層膜用組成物の成膜性を向上させることができる。 (A) The upper limit of the mass average molecular weight of the siloxane compound is 3000 or less, and preferably 2800 or less. Moreover, as a lower limit, it is preferable that it is 300 or more, and it is more preferable that it is 500 or more. By setting the lower limit to 300 or more, evaporation of this siloxane compound can be suppressed, and the film formability of the resist underlayer film composition according to the present invention can be improved.
<(A)シロキサン化合物の製造方法>
(A)シロキサン系化合物は、それぞれの構造単位を誘導する各モノマーを加水分解して、縮重合させることにより得られる。加水分解反応における水の量は、モノマー1モル当たり0.2モルから10モルであることが好ましい。この際に金属キレート化合物や有機酸、無機酸、有機塩基及び無機塩基等の公知の触媒を適宜添加してもよい。
上記モノマーとしては、各構造単位を誘導するアルコキシシラン類またはクロロシラン類が好適に用いられる。
<(A) Production method of siloxane compound>
(A) A siloxane-based compound is obtained by hydrolyzing each monomer for deriving each structural unit and subjecting it to condensation polymerization. The amount of water in the hydrolysis reaction is preferably 0.2 to 10 moles per mole of monomer. At this time, known catalysts such as metal chelate compounds, organic acids, inorganic acids, organic bases, and inorganic bases may be appropriately added.
As the monomer, alkoxysilanes or chlorosilanes that derive each structural unit are preferably used.
金属キレート化合物としては、具体的にはテトラアルコキシチタン、トリアルコキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、テトラアルコキシジルコニウム、トリアルコキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム等が挙げられる。また、有機酸としては酢酸、プロピオン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、サリチル酸、安息香酸、ギ酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸等が挙げられる。また、無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、スルホン酸、メチルスルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。 Specific examples of the metal chelate compound include tetraalkoxytitanium, trialkoxymono (acetylacetonato) titanium, tetraalkoxyzirconium, trialkoxymono (acetylacetonato) zirconium, and the like. Examples of the organic acid include acetic acid, propionic acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, salicylic acid, benzoic acid, formic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, and tartaric acid. Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, sulfonic acid, methyl sulfonic acid, tosylic acid, trifluoromethane sulfonic acid, and the like.
また、有機塩基としては、ピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられる。また、無機塩基としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。 Organic bases include pyridine, pyrrole, piperazine, pyrrolidine, piperidine, picoline, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, dimethylmonoethanolamine, monomethyldiethanolamine, triethanolamine, diazabicyclooctane, diazabicyclononane. , Diazabicycloundecene, tetramethylammonium hydroxide and the like. Examples of the inorganic base include ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide and the like.
これらのうち、架橋基としてエポキシ基やオキセタニル基等を導入する場合には、重合時にエポキシ基やオキセタニル基を開環させないように、また、アルカリや金属の不純物を混入しないようにアンモニア、有機アミン類等の塩基性触媒を用いることが好ましい。中でも、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。また、エポキシ基やオキセタニル基を開環させないようにするには、系をpH7以上の雰囲気にすることが好ましい。これらの触媒は、1種或いは2種以上を併用することができる。 Among these, when an epoxy group or oxetanyl group is introduced as a cross-linking group, ammonia or organic amine is used so as not to open the epoxy group or oxetanyl group during polymerization and to prevent contamination by alkali or metal impurities. It is preferable to use a basic catalyst such as Of these, tetraalkylammonium hydroxide is preferably used. In order to prevent the ring opening of the epoxy group or oxetanyl group, it is preferable to make the system in an atmosphere of pH 7 or higher. These catalysts can be used alone or in combination of two or more.
反応操作としては、まず、各モノマーを有機溶媒に溶解させ、水を添加し加水分解反応を開始させる。触媒は水に添加していても、有機溶媒中に添加しておいても良い。 As a reaction operation, first, each monomer is dissolved in an organic solvent, and water is added to start a hydrolysis reaction. The catalyst may be added to water or may be added to an organic solvent.
反応時に用いる有機溶媒としては、水に難溶あるいは不溶のものが好ましい。具体的には、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル及びこれらの混合物などが好ましい。 As the organic solvent used in the reaction, those which are hardly soluble or insoluble in water are preferable. Specifically, tetrahydrofuran, toluene, hexane, ethyl acetate, cyclohexanone, methyl-2-n-amyl ketone, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol Dimethyl ether and mixtures thereof are preferred.
次いで、触媒の中和反応を行い、有機溶媒層を分別して脱水する。水分の残存は、残存したシラノールの縮合反応を進行させてしまうためである。硫酸マグネシウムなどの塩やモレキュラーシーブによる吸着法や、溶媒を除去しながらの共沸脱水法等公知の脱水法を用いてよい。 Next, the catalyst is neutralized and the organic solvent layer is separated and dehydrated. This is because the remaining water causes the condensation reaction of the remaining silanol to proceed. A known dehydration method such as an adsorption method using a salt such as magnesium sulfate or a molecular sieve, or an azeotropic dehydration method while removing the solvent may be used.
次いで、上記の水に難溶又は不溶の有機溶媒を添加し、有機溶媒層を分別、水洗して加水分解縮合に使用した触媒を除去する。このとき、必要に応じて中和してもよい。続いて、分液した有機溶媒層を脱水して本発明に係る(A)シロキサン系共重合体を得る。 Next, an organic solvent hardly soluble or insoluble in the above water is added, and the organic solvent layer is separated and washed with water to remove the catalyst used for hydrolysis condensation. At this time, you may neutralize as needed. Subsequently, the separated organic solvent layer is dehydrated to obtain the (A) siloxane copolymer according to the present invention.
[(B)シロキサン系重合体]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(B)シロキサン系重合体を含有する。
[(B) Siloxane polymer]
The resist underlayer film composition according to the present invention contains (B) a siloxane polymer.
この(B)シロキサン系重合体は、一般式(b−1)で示される構造単位を有する。
上記光吸収基とは、波長150nmから300nmの範囲で吸収を有する基である。この光吸収基としては、例えばベンゼン環、アントラセン環、ナフタレン環等の光吸収部を有する基が挙げられる。上記光吸収部は、1個以上の−O−、−O(CO)−で中断されていてもよい炭素数1から20のアルキレン基を介して主骨格のSi原子に結合されていてもよい。また、ベンゼン環、アントラセン環、ナフタレン環等の光吸収部は、炭素数1から6のアルキル基、アルコキシ基、またはヒドロキシ基等の置換基で1個以上置換されていてもよい。これら光吸収基の中でも、ベンゼン環が好ましい。また、上記吸収基の他に、Si−Si結合を持つ光吸収部を有する基を用いることもできる。さらに、これらの光吸収部は、シロキサン系重合体の主骨格に含まれていてよい。上記光吸収基としては、フェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、トリル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ジフェニルメチル基、トリフェニルメチル基、1−メチル−1−フェニルエチル基等のアラルキル基が挙げられる。中でも、フェニル基が好ましい。特にフェニル基にする場合には、光吸収を良好にすることができるとともに、下層膜としたときの酸素系プラズマに対するエッチング耐性を向上させることができる。
さらに、上記(B)シロキサン系重合体は、一般式(b−2)で表される構成単位の少なくとも1種を有することが好ましい。
Furthermore, the (B) siloxane-based polymer preferably has at least one structural unit represented by the general formula (b-2).
(B)シロキサン系共重合体の質量平均分子量の下限値は、8000以上であることが好ましく、10000以上であることがより好ましい。(B)成分の質量平均分子量を8000以上にすることにより、本発明のレジスト下層膜用組成物から形成されたレジスト下層膜の成膜性を向上させることができる。また、(B)成分の質量平均分子量の上限値は、50000以下が好ましく、30000以下がより好ましい。(B)成分の質量平均分子量を50000以下にすることにより、本発明のレジスト下層膜用組成物の塗布性を向上させることができる。 (B) The lower limit of the mass average molecular weight of the siloxane copolymer is preferably 8000 or more, and more preferably 10,000 or more. By making the mass average molecular weight of the component (B) 8000 or more, the film formability of the resist underlayer film formed from the resist underlayer film composition of the present invention can be improved. Moreover, 50000 or less is preferable and, as for the upper limit of the mass mean molecular weight of (B) component, 30000 or less is more preferable. (B) By making the mass mean molecular weight of a component into 50000 or less, the applicability | paintability of the composition for resist underlayer films of this invention can be improved.
<(B)シロキサン系重合体の製造方法>
(B)シロキサン系共重合体は、(A)成分と同様に、それぞれの構造単位を含有する各モノマーを加水分解して、共重合することにより製造される。
<(B) Method for producing siloxane polymer>
(B) A siloxane-type copolymer is manufactured by hydrolyzing and copolymerizing each monomer containing each structural unit similarly to (A) component.
本発明に係るレジスト下層膜用組成物における(A)成分と(B)成分との比率は、質量比で1:9から7:3であることが好ましく、3:7から6:4であることがより好ましく、5:5であることが最も好ましい。(A)成分および(B)成分の比率を上記の範囲にすることにより、上記レジスト下層膜用組成物から形成されたレジスト下層膜上に形成されるレジストパターンにおける裾引きを低減することができる。
さらに、(A)成分と(B)成分の含有量を、上記の範囲とすることによって、酸発生剤を添加しなくても良好な形状のパターンを形成することが可能なレジスト下層膜を形成することが可能となる。
The ratio of the component (A) to the component (B) in the resist underlayer film composition according to the present invention is preferably 1: 9 to 7: 3 by mass ratio, and is 3: 7 to 6: 4. More preferably, 5: 5 is most preferable. By setting the ratio of the component (A) and the component (B) within the above range, tailing in the resist pattern formed on the resist underlayer film formed from the resist underlayer film composition can be reduced. .
Furthermore, by setting the content of the component (A) and the component (B) within the above range, a resist underlayer film capable of forming a pattern with a good shape without adding an acid generator is formed. It becomes possible to do.
[(C)溶剤]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(C)溶剤(以下、(C)成分ともいう)も含有する。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等のアルコール類や、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のアルコールのモノエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロアルキルケトン、メチルイソアミルケトン等のケトン類、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル(PGDM)、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のアルコールの水酸基をすべてアルキルエーテル化させたアルコールエーテル類等が挙げられる。
[(C) Solvent]
The resist underlayer film composition according to the present invention also contains (C) a solvent (hereinafter also referred to as (C) component). Specifically, monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, hexanetriol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopro Ethers such as ether, propylene glycol monobutyl ether, esters such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cycloalkyl ketone, methyl isoamyl ketone, ethylene glycol dimethyl ether, Hydroxyl groups of alcohols such as ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether (PGDM), propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether All alkylate Alcohol ethers were of the like.
これらの有機溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この溶剤は、(A)成分及び(B)成分の合計質量の、1から100倍量であり、2から20倍量用いられることがより好ましい。この範囲内にすることにより、レジスト下層膜用組成物の塗布性を向上させることができる。 These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The solvent is used in an amount of 1 to 100 times, more preferably 2 to 20 times the total mass of the component (A) and the component (B). By making it within this range, the applicability of the resist underlayer film composition can be improved.
[(D)架橋剤]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(D)架橋剤(以下、(D)成分ともいう)を含有してもよい。(D)架橋剤を添加することにより、レジスト下層膜の成膜性を向上させることができる。架橋剤としては、一般的に用いられているものを用いてよい。
[(D) Crosslinking agent]
The resist underlayer film composition according to the present invention may contain (D) a crosslinking agent (hereinafter also referred to as component (D)). (D) The film formability of the resist underlayer film can be improved by adding a crosslinking agent. As the crosslinking agent, those generally used may be used.
具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ化合物等が挙げられる。また、ジビニルベンゼン、ジビニルスルホン、トリアクリルホルマール、グリオキザールや多価アルコールのアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステル等も用いられる。 Specific examples include epoxy compounds such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and cresol novolak type epoxy resin. In addition, divinylbenzene, divinylsulfone, triacryl formal, glyoxal, polyhydric alcohol acrylic ester or methacrylic ester and the like are also used.
また、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、グリコールウリルのアミノ基の少なくとも2つがメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換された化合物等の2個以上の反応性基をもつ化合物等が挙げられる。 In addition, compounds having two or more reactive groups such as compounds in which at least two amino groups of melamine, urea, benzoguanamine, and glycoluril are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group can be used.
メラミンのアミノ基の少なくとも2つがメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換された化合物としては、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1個から6個がメトキシメチル化した化合物及びその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1個から5個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the compound in which at least two amino groups of melamine are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group include hexamethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, a compound in which 1 to 6 of hexamethylol melamine are methoxymethylated, and a mixture thereof , Hexamethoxyethyl melamine, hexaacyloxymethyl melamine, a compound in which 1 to 5 methylol groups of hexamethylol melamine are acyloxymethylated, or a mixture thereof.
尿素のアミノ基の少なくとも2つがメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換された化合物としては、テトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメトキシエチルウレア、テトラメチロールウレアの1個から4個のメチロール基がメトキシメチル基化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the compound in which at least two of the amino groups of urea are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group include 1 to 4 methylol groups of tetramethylol urea, tetramethoxymethyl urea, tetramethoxyethyl urea, and tetramethylol urea. Examples thereof include a methoxymethyl group-formed compound or a mixture thereof.
ベンゾグアナミンのアミノ基の少なくとも2つがメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換された化合物としては、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1個から4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物及びその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1個から4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物及びその混合物等が挙げられる。 Compounds in which at least two of the amino groups of benzoguanamine are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group include compounds in which one to four methylol groups of tetramethylolguanamine, tetramethoxymethylguanamine, and tetramethylolguanamine are methoxymethylated And mixtures thereof, tetramethoxyethylguanamine, tetraacyloxyguanamine, compounds in which one to four methylol groups of acylmethylolguanamine are acyloxymethylated, and mixtures thereof.
グリコールウリルのアミノ基の少なくとも2つがメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換された化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1個から4個がメトキシメチル基化した化合物、又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1個から4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物が挙げられる。 Examples of the compound in which at least two of the amino groups of glycoluril are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group include tetramethylol glycoluril, tetramethoxyglycoluril, tetramethoxymethylglycoluril, and tetramethylolglycoluril methylol groups. From 4 to methoxymethyl group, a mixture thereof, a tetramethylol glycoluril methylol group from 1 to 4 acyloxymethylated compounds, or a mixture thereof.
これらの架橋剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この架橋剤の添加量は、(A)成分及びシロキサン系重合体を合わせて100質量部に対して、0.1質量部から50質量部であり、0.5質量部から40質量部であることがより好ましい。 These cross-linking agents may be used alone or in combination of two or more. The addition amount of the crosslinking agent is 0.1 to 50 parts by mass, and 0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A) and the siloxane polymer. It is more preferable.
[(E)酸発生剤]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、(E)酸発生剤(以下、(E)成分ともいう)を含有していてもよい。
[(E) Acid generator]
The resist underlayer film composition according to the present invention may contain (E) an acid generator (hereinafter, also referred to as (E) component).
酸発生剤としては、オニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、ビススルホン誘導体、β−ケトスルホン誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸エステル誘導体、N−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体など、公知の酸発生剤を用いることができる。 Examples of the acid generator include onium salts, diazomethane derivatives, glyoxime derivatives, bissulfone derivatives, β-ketosulfone derivatives, disulfone derivatives, nitrobenzyl sulfonate derivatives, sulfonate ester derivatives, and sulfonate ester derivatives of N-hydroxyimide compounds. An acid generator can be used.
オニウム塩としては、トリフロオロメタンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラn−ブチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラフェニルアンモニウム、p−トルエンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、エチレンビス[メチル(2−オキソシクロペンチル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナート]、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等が挙げられる。 Examples of onium salts include tetramethylammonium trifluoromethanesulfonate, tetramethylammonium nonafluorobutanesulfonate, tetra-n-butylammonium nonafluorobutanesulfonate, tetraphenylammonium nonafluorobutanesulfonate, and tetramethyl p-toluenesulfonate. Ammonium, trifluoromethanesulfonic acid diphenyliodonium, trifluoromethanesulfonic acid (p-tert-butoxyphenyl) phenyliodonium, p-toluenesulfonic acid diphenyliodonium, p-toluenesulfonic acid (p-tert-butoxyphenyl) phenyliodonium, trifluoromethane Triphenylsulfonium sulfonate, trifluoromethanesulfonic acid (p-tert-butoxyphenyl) Phenylsulfonium, trifluoromethanesulfonic acid bis (p-tert-butoxyphenyl) phenylsulfonium, trifluoromethanesulfonic acid tris (p-tert-butoxyphenyl) sulfonium, p-toluenesulfonic acid triphenylsulfonium, p-toluenesulfonic acid (p -Tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium, bis (p-tert-butoxyphenyl) phenylsulfonium p-toluenesulfonate, tris (p-tert-butoxyphenyl) sulfonium p-toluenesulfonate, triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate , Triphenylsulfonium butanesulfonate, trimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, trimethylsulfone p-toluenesulfonate , Cyclohexylmethyl trifluoromethanesulfonate (2-oxocyclohexyl) sulfonium, p-toluenesulfonate cyclohexylmethyl (2-oxocyclohexyl) sulfonium, trifluoromethanesulfonate dimethylphenylsulfonium, p-toluenesulfonate dimethylphenylsulfonium, trifluoromethane Dicyclohexylphenylsulfonium sulfonate, dicyclohexylphenylsulfonium p-toluenesulfonate, trinaphthylsulfonium trifluoromethanesulfonate, cyclohexylmethyl (2-oxocyclohexyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate, (2-norbornyl) methyl trifluoromethanesulfonate (2- Oxocyclohexyl) sulfonium, ethylenebis [Methyl (2-oxocyclopentyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate], 1,2'-naphthylcarbonylmethyltetrahydrothiophenium triflate and the like.
ジアゾメタン誘導体としては、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。 Diazomethane derivatives include bis (benzenesulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (xylenesulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclopentylsulfonyl) diazomethane, bis (n-butylsulfonyl) diazomethane Bis (isobutylsulfonyl) diazomethane, bis (sec-butylsulfonyl) diazomethane, bis (n-propylsulfonyl) diazomethane, bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, bis (n-amylsulfonyl) diazomethane Bis (isoamylsulfonyl) diazomethane, bis (sec-amylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-amylsulfur) Nyl) diazomethane, 1-cyclohexylsulfonyl-1- (tert-butylsulfonyl) diazomethane, 1-cyclohexylsulfonyl-1- (tert-amylsulfonyl) diazomethane, 1-tert-amylsulfonyl-1- (tert-butylsulfonyl) diazomethane Etc.
グリオキシム誘導体としては、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(tert−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等が挙げられる。 Examples of glyoxime derivatives include bis-O- (p-toluenesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (p-toluenesulfonyl) -α-diphenylglyoxime, bis-O- (p-toluenesulfonyl)- α-dicyclohexylglyoxime, bis-O- (p-toluenesulfonyl) -2,3-pentanedione glyoxime, bis-O- (p-toluenesulfonyl) -2-methyl-3,4-pentanedione glyoxime, Bis-O- (n-butanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (n-butanesulfonyl) -α-diphenylglyoxime, bis-O- (n-butanesulfonyl) -α-dicyclohexylglyoxime Bis-O- (n-butanesulfonyl) -2,3-pentanedione glyoxime, bis-O- ( -Butanesulfonyl) -2-methyl-3,4-pentanedione glyoxime, bis-O- (methanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (trifluoromethanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis -O- (1,1,1-trifluoroethanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (tert-butanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (perfluorooctanesulfonyl)- α-dimethylglyoxime, bis-O- (cyclohexanesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (benzenesulfonyl) -α-dimethylglyoxime, bis-O- (p-fluorobenzenesulfonyl) -α- Dimethylglyoxime, bis-O- (p-tert-butylbenzenesulfonyl) α- dimethylglyoxime, bis -O- (xylene sulfonyl)-.alpha.-dimethylglyoxime, bis -O- (camphorsulfonyl)-.alpha.-dimethylglyoxime, and the like.
ビススルホン誘導体としては、ビスナフチルスルホニルメタン、ビストリフルオロメチルスルホニルメタン、ビスメチルスルホニルメタン、ビスエチルスルホニルメタン、ビスプロピルスルホニルメタン、ビスイソプロピルスルホニルメタン、ビス−p−トルエンスルホニルメタン、ビスベンゼンスルホニルメタン等が挙げられる。 Examples of bissulfone derivatives include bisnaphthylsulfonylmethane, bistrifluoromethylsulfonylmethane, bismethylsulfonylmethane, bisethylsulfonylmethane, bispropylsulfonylmethane, bisisopropylsulfonylmethane, bis-p-toluenesulfonylmethane, and bisbenzenesulfonylmethane. Can be mentioned.
β−ケトスルホン誘導体としては、2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等が挙げられる。 Examples of the β-ketosulfone derivative include 2-cyclohexylcarbonyl-2- (p-toluenesulfonyl) propane and 2-isopropylcarbonyl-2- (p-toluenesulfonyl) propane.
ジスルホン誘導体としては、ジフェニルジスルホン誘導体、ジシクロヘキシルジスルホン誘導体等のジスルホン誘導体等が挙げられる。 Examples of disulfone derivatives include disulfone derivatives such as diphenyl disulfone derivatives and dicyclohexyl disulfone derivatives.
ニトロベンジルスルホネート誘導体としては、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジルスルホネート誘導体等が挙げられる。 Examples of the nitrobenzyl sulfonate derivative include nitrobenzyl sulfonate derivatives such as p-toluenesulfonic acid 2,6-dinitrobenzyl and p-toluenesulfonic acid 2,4-dinitrobenzyl.
スルホン酸エステル誘導体としては、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体等が挙げられる。 Examples of sulfonic acid ester derivatives include 1,2,3-tris (methanesulfonyloxy) benzene, 1,2,3-tris (trifluoromethanesulfonyloxy) benzene, 1,2,3-tris (p-toluenesulfonyloxy). And sulfonic acid ester derivatives such as benzene.
N−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体としては、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−オクタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−クロロエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドp−トルエンスルホン酸エステル等が挙げられる。 Examples of sulfonic acid ester derivatives of N-hydroxyimide compounds include N-hydroxysuccinimide methanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide trifluoromethanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide ethanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 1-propanesulfonic acid. Ester, N-hydroxysuccinimide 2-propanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 1-pentanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 1-octanesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide p-toluenesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide p-methoxybenzenesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 2-chloroethanesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide benzenesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 2,4,6-trimethylbenzenesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 1-naphthalenesulfonic acid ester, N-hydroxysuccinimide 2-naphthalenesulfonic acid ester, N-hydroxy 2-Phenylsuccinimide methanesulfonate, N-hydroxymaleimide methanesulfonate, N-hydroxymaleimide ethanesulfonate, N-hydroxy-2-phenylmaleimide methanesulfonate, N-hydroxyglutarimide methanesulfonate N-hydroxyglutarimide benzene sulfonate, N-hydroxyphthalimide methane sulfonate, N-hydroxy Phthalimidobenzenesulfonic acid ester, N-hydroxyphthalimide trifluoromethanesulfonic acid ester, N-hydroxyphthalimide p-toluenesulfonic acid ester, N-hydroxynaphthalimide methanesulfonic acid ester, N-hydroxynaphthalimide benzenesulfonic acid ester, N-hydroxy -5-norbornene-2,3-dicarboximide methanesulfonate, N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide trifluoromethanesulfonate, N-hydroxy-5-norbornene-2,3- Dicarboximide p-toluenesulfonic acid ester etc. are mentioned.
これらの酸発生剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この酸発生剤の添加量は、(A)成分及び(B)成分を合わせて100質量部に対して、0.1質量部から50質量部であり、0.5質量部から40質量部であることがより好ましい。 These acid generators may be used alone or in combination of two or more. The addition amount of the acid generator is 0.1 to 50 parts by mass, and 0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the components (A) and (B). More preferably.
本発明に係るレジスト下層膜用組成物は、上記の(A)成分から(E)成分の必要な成分を混合することにより得られる。なお、得られたレジスト下層膜組成物は、フィルターで濾過することが好ましい。 The resist underlayer film composition according to the present invention can be obtained by mixing the necessary components (E) to (E) from the components (A). In addition, it is preferable to filter the obtained resist underlayer film composition with a filter.
[レジスト下層膜形成方法]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物を用いてレジスト下層膜を形成するには、被加工膜上(場合によっては、被加工膜上に形成されたボトムレイヤー)にスピンコーター、スリットノズルコーター等を用いて塗布し、乾燥後、加熱すればよい。加熱は、一段階の加熱又は多段加熱法を用いることができる。多段加熱法を用いる場合には、例えば、まず100℃から120℃において、60秒間から120秒間、次いで200℃から250℃において、60秒間から120秒間加熱することが好ましい
[Method for forming resist underlayer film]
In order to form a resist underlayer film using the composition for a resist underlayer film according to the present invention, a spin coater, a slit nozzle coater, etc. on a film to be processed (in some cases, a bottom layer formed on the film to be processed) What is necessary is just to apply | coat using, and to heat after drying. For the heating, a one-step heating or a multi-stage heating method can be used. When using the multi-stage heating method, for example, it is preferable to first heat at 100 ° C. to 120 ° C. for 60 seconds to 120 seconds, then at 200 ° C. to 250 ° C. for 60 seconds to 120 seconds
このようにして形成されたレジスト下層膜の厚さは、15nmから200nmであることが好ましい。その後このレジスト下層膜の上にレジスト膜用組成物を例えば100nmから300nmの厚さで設けてレジスト膜を製造する。 The resist underlayer film thus formed preferably has a thickness of 15 nm to 200 nm. Thereafter, a resist film composition is provided on the resist underlayer film in a thickness of, for example, 100 nm to 300 nm to manufacture a resist film.
[パターン形成方法]
本発明に係るレジスト下層膜用組成物より形成されたレジスト下層膜は例えば3層レジストプロセスのような多層レジストプロセスの中間層として使用することが好ましい。
本発明に係るレジスト下層膜を用いたパターンの形成方法としては、以下のような方法が挙げられる。
[Pattern formation method]
The resist underlayer film formed from the resist underlayer film composition according to the present invention is preferably used as an intermediate layer in a multilayer resist process such as a three-layer resist process.
Examples of the pattern forming method using the resist underlayer film according to the present invention include the following methods.
図1(a)に示すように、基板20上に下層膜用組成物を、スピンコート法等を用いて塗布し、所定の温度でベークして下層膜26(ボトムレイヤー)を形成する。次いで、下層膜26上に、レジスト下層膜用組成物を、スピンコート法等を用いて塗布して、所定の温度でベークしてレジスト下層膜24を形成する。次いで、レジスト膜用組成物を上記と同様にスピンコート法等を用いて塗布する。次いで、所定の温度でプリベークを行ない、レジスト膜22を形成する(図1(a)参照)。なお、プリベークの条件は150℃から300℃で、30秒から300秒であることが好ましい。 As shown in FIG. 1A, the lower layer film composition is applied onto the substrate 20 using a spin coat method or the like, and baked at a predetermined temperature to form the lower layer film 26 (bottom layer). Next, a resist underlayer film composition is applied onto the underlayer film 26 using a spin coating method or the like, and baked at a predetermined temperature to form the resist underlayer film 24. Next, the resist film composition is applied using a spin coating method or the like in the same manner as described above. Next, pre-baking is performed at a predetermined temperature to form a resist film 22 (see FIG. 1A). The prebaking conditions are 150 ° C. to 300 ° C., and preferably 30 seconds to 300 seconds.
次いで、パターンが形成されたレジスト膜24をマスクとしてレジスト下層膜22のエッチングを行い、レジストパターンをレジスト下層膜22に転写する(図1(b)参照)。レジスト膜24及びレジスト下層膜22をマスクとして、下層膜26をエッチングを行い、レジストパターンを下層膜26に転写する(図1(c)参照)。この時、レジスト膜24も同時にエッチング除去されてもよい。次いで、上記と同様の方法でエッチングを行い、基板20にパターンを形成する(図1(d)参照)。 Next, the resist underlayer film 22 is etched using the resist film 24 on which the pattern is formed as a mask, and the resist pattern is transferred to the resist underlayer film 22 (see FIG. 1B). The lower layer film 26 is etched using the resist film 24 and the resist lower layer film 22 as a mask, and the resist pattern is transferred to the lower layer film 26 (see FIG. 1C). At this time, the resist film 24 may also be removed by etching at the same time. Next, etching is performed in the same manner as described above to form a pattern on the substrate 20 (see FIG. 1D).
この下層膜26は、基板20をエッチングするときのマスクとして作用するので、エッチング耐性が高いことが望ましく、上層のレジスト下層膜22とミキシングしないことが求められるため、スピンコート等で塗布した後に熱あるいは酸によって架橋することが望ましい。具体的には、クレゾールノボラック、ナフトールノボラック、カトールジシクロペンタジエンノボラック、アモルファスカーボン、ポリヒドロキシスチレン、(メタ)アクリレート、ポリイミド、ポリスルフォン等の樹脂を用いることが好ましい。 Since this lower layer film 26 acts as a mask when etching the substrate 20, it is desirable that the lower layer film 26 has high etching resistance and is not required to be mixed with the upper resist lower layer film 22. Alternatively, it is desirable to crosslink with an acid. Specifically, it is preferable to use a resin such as cresol novolak, naphthol novolak, catol dicyclopentadiene novolak, amorphous carbon, polyhydroxystyrene, (meth) acrylate, polyimide, polysulfone.
また、レジスト膜24の形成に用いるレジスト組成物としては、例えば、ベース樹脂と有機溶媒と酸発生剤との混合物のように公知のものを用いることができる。 Moreover, as a resist composition used for formation of the resist film 24, a well-known thing can be used like a mixture of base resin, an organic solvent, and an acid generator, for example.
ベース樹脂としては、ポリヒドロキシスチレン及びその誘導体、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリメタクリル酸及びその誘導体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸とメタクリル酸とそれらの誘導体から選択される共重合体、シクロオレフィン及びその誘導体とマレイミドとアクリル酸及びその誘導体から選択される3種以上の共重合体、ポリノルボルネン、及びメタセシス開環重合体からなる群から選択される1種以上の高分子重合体が挙げられる。なお、ここにいう誘導体は、アクリル酸誘導体にはアクリル酸エステル等、メタクリル酸誘導体にはメタクリル酸エステル等、ヒドロキシスチレン誘導体にはアルコキシスチレン等が含まれるように、主要な骨格が誘導後に残っているものを意味する。 Base resins include polyhydroxystyrene and derivatives thereof, polyacrylic acid and derivatives thereof, polymethacrylic acid and derivatives thereof, copolymers selected from hydroxystyrene, acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof, cycloolefin and derivatives thereof. Examples thereof include at least one polymer selected from the group consisting of a derivative, maleimide, acrylic acid, and three or more copolymers selected from acrylic acid and derivatives thereof, polynorbornene, and a metathesis ring-opening polymer. In addition, the main skeleton remains after the induction, such as acrylic acid derivatives such as acrylic acid esters, methacrylic acid derivatives such as methacrylic acid derivatives, and alkoxystyrenes such as hydroxystyrene derivatives. Means what
また、KrFエキシマレーザー用レジスト用としては、ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレン、スチレンのいずれか1種と、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、マレイミドNカルボン酸エステルのいずれか1種との共重合体が挙げられる。また、ArFエキシマレーザー用レジストとしては、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系、ノルボルネンと無水マレイン酸との交互共重合系、テトラシクロドデセンと無水マレイン酸との交互共重合系、ポリノルボルネン系、開環重合によるメタセシス重合系が挙げられるが、これらの重合系ポリマーに限定されることはない。 As a resist for KrF excimer laser, a copolymer of any one of polyhydroxystyrene, hydroxystyrene and styrene and any one of acrylic acid ester, methacrylic acid ester and maleimide N carboxylic acid ester is used. Can be mentioned. Further, as resists for ArF excimer laser, acrylic acid ester-based, methacrylic acid ester-based, alternating copolymerization of norbornene and maleic anhydride, alternating copolymerization of tetracyclododecene and maleic anhydride, polynorbornene-based And metathesis polymerization systems based on ring-opening polymerization, but are not limited to these polymerization polymers.
以下、本発明について実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例により限定されるものではない。
[合成例1]
(A)成分としてのシロキサン系化合物(a−2−1)を以下のようにして合成した。
温度計、撹拌装置、還流冷却管、排出用コックを取り付けた1Lのジャケット付きフラスコにフェニルトリエトキシシラン300.0g(1.25mol)を仕込み、系内温度を25℃に調整した。次いで、塩酸0.23g(0.006mol)と水67.5g(3.75mol)からなる塩酸水を滴下し、25℃で8時間保温した。途中、反応マスは分散状態から均一層に変化し、48℃まで急激な発熱が見られた。その後、トルエンを300g加えて溶解し、反応マスが中性になるまで水で分液洗浄し、得られたトルエン層を5℃以下で48時間静置した。その後、析出した白色結晶をろ別して、更にトルエンで懸濁精製を行い、乾燥して白色結晶13.2gを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these examples.
[Synthesis Example 1]
A siloxane compound (a-2-1) as component (A) was synthesized as follows.
30 L of phenyltriethoxysilane (1.25 mol) was charged into a 1 L jacketed flask equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux condenser, and a discharge cock, and the system temperature was adjusted to 25 ° C. Subsequently, hydrochloric acid water consisting of 0.23 g (0.006 mol) of hydrochloric acid and 67.5 g (3.75 mol) of water was dropped, and the mixture was kept at 25 ° C. for 8 hours. In the middle, the reaction mass changed from a dispersed state to a uniform layer, and a rapid exotherm was observed up to 48 ° C. Thereafter, 300 g of toluene was added and dissolved, followed by separation and washing with water until the reaction mass became neutral, and the obtained toluene layer was allowed to stand at 5 ° C. or less for 48 hours. Thereafter, the precipitated white crystals were separated by filtration, suspended and purified with toluene, and dried to obtain 13.2 g of white crystals.
得られた白色結晶の分子量をゲルパーエミーションクロマトグラフィー(GPC)により求めたところ、ポリスチレン換算で重量平均分子量が550であり、GPCスペクトル(図2参照)、IRスペクトル(図3参照)及び、1H−NMRスペクトル(図4参照)等の解析によって、当該白色結晶は、環状4量体である1,3,5,7−テトラフェニルシクロテトラシロキサン−1,3,5,7−テトラオールであることが確認された。 When the molecular weight of the obtained white crystals was determined by gel perem chromatography (GPC), the weight average molecular weight was 550 in terms of polystyrene, GPC spectrum (see FIG. 2), IR spectrum (see FIG. 3), and By analysis of 1H-NMR spectrum (see FIG. 4), the white crystals are cyclic tetramer 1,3,5,7-tetraphenylcyclotetrasiloxane-1,3,5,7-tetraol. It was confirmed that there was.
[合成例2]
(A)成分としてのシロキサン系化合物(a−3−1)を以下のようにして合成した。
温度計、撹拌装置、還流冷却管、排出用コックを取り付けた1Lのジャケット付きフラスコにフェニルトリエトキシシラン300.0g(1.25mol)を仕込み、系内温度を25℃に調整した。次いで、塩酸0.23g(0.006mol)と水67.5g(3.74mol)からなる塩酸水を滴下し、25℃で8時間保温した。途中、反応マスは分散状態から均一層に変化し、48℃まで急激な発熱が見られた。その後、トルエンを300g加えて溶解し、反応マスが中性になるまで水で分液洗浄し、得られたトルエン層からトルエンを減圧回収して、白色粉末のシリコーン組成物152.5gを得た。
得られたシロキサン系化合物の分子量をゲルパーエミーションクロマトグラフィーにより求めたところ、ポリスチレン換算で重量平均分子量が920であった。また、環状フェニルシロキサン類も含まれていた。
(B)成分としてのシロキサン系重合体を以下のようにして合成した。
[Synthesis Example 2]
A siloxane compound (a-3-1) as component (A) was synthesized as follows.
30 L of phenyltriethoxysilane (1.25 mol) was charged into a 1 L jacketed flask equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux condenser, and a discharge cock, and the system temperature was adjusted to 25 ° C. Subsequently, hydrochloric acid water consisting of 0.23 g (0.006 mol) of hydrochloric acid and 67.5 g (3.74 mol) of water was dropped, and the mixture was kept at 25 ° C. for 8 hours. In the middle, the reaction mass changed from a dispersed state to a uniform layer, and a rapid exotherm was observed up to 48 ° C. Thereafter, 300 g of toluene was added and dissolved, and the mixture was washed with water until the reaction mass became neutral. Toluene was recovered from the obtained toluene layer under reduced pressure to obtain 152.5 g of a white powdery silicone composition. .
When the molecular weight of the obtained siloxane compound was determined by gel permeation chromatography, the weight average molecular weight was 920 in terms of polystyrene. Cyclic phenylsiloxanes were also included.
The siloxane polymer as component (B) was synthesized as follows.
[合成例3]
(B)成分としてのシロキサン系重合体(b−1−1)を以下のようにして合成した。
1リットルの4つ口フラスコに、メチルトリエトキシシラン379.8g(2.13モル)、フェニルトリエトキシシラン6.5g(0.027モル)、トリエトキシシラン98.6g(0.6モル)塩酸0.0004モル、水108g(6モル)を仕込み、攪拌しながら反応させた。その後、エバポレーターを用いて水及びアルコールを除いて、シロキサン系重合体(b−1−1)を得た。
このシロキサン系重合体の分子量をGPCにより求めたところ、質量平均分子量は9700であった。
[Synthesis Example 3]
The siloxane polymer (b-1-1) as component (B) was synthesized as follows.
In a 1-liter four-necked flask, 379.8 g (2.13 mol) of methyltriethoxysilane, 6.5 g (0.027 mol) of phenyltriethoxysilane, 98.6 g (0.6 mol) of triethoxysilane 0.0004 mol and water 108 g (6 mol) were charged and reacted with stirring. Thereafter, water and alcohol were removed using an evaporator to obtain a siloxane polymer (b-1-1).
When the molecular weight of the siloxane-based polymer was determined by GPC, the mass average molecular weight was 9700.
[実施例1から5]
<レジスト下層膜用組成物の調製>
表1に示した質量比の(A)成分および(B)成分と、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:乳酸エチル=6:4の混合溶剤とを混合してレジスト下層膜用組成物を得た。(A)成分と(B)成分とを合わせた固形分濃度を、2.5質量%に調整した。
(A)成分として合成例1で合成した下記の構造式(a−2−1)で表されるシロキサン系化合物、ならびに合成例2で合成した(a−3−1)で示されるシロキサン系化合物(環状シロキサン化合物との混合物)を用いた。また、(B)成分として上記合成例3で合成した下記の構造式(b−1−1)で示されるシロキサン系重合体(質量平均分子量:9700)を用いた。
<Preparation of composition for resist underlayer film>
Components (A) and (B) having a mass ratio shown in Table 1 were mixed with a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate: ethyl lactate = 6: 4 to obtain a resist underlayer film composition. The solid content concentration of the component (A) and the component (B) was adjusted to 2.5% by mass.
(A) A siloxane compound represented by the following structural formula (a-2-1) synthesized in Synthesis Example 1 as a component and a siloxane compound represented by (a-3-1) synthesized in Synthesis Example 2 (Mixture with cyclic siloxane compound) was used. Further, as the component (B), a siloxane polymer (mass average molecular weight: 9700) represented by the following structural formula (b-1-1) synthesized in Synthesis Example 3 was used.
[比較例1]
表1に示すように、(A)成分を用いず、(B)成分のみを用いて上記実施例と同様にしてレジスト下層膜用組成物を得た。
[比較例2]
表1に示すように、(A)成分を用いず、(B)成分のみを用い、さらに架橋剤として三和ケミカル社製MX−270を(A)成分に対し3質量%用いて上記実施例と同様にしてレジスト下層膜用組成物を得た。
As shown in Table 1, a resist underlayer film composition was obtained in the same manner as in the above Example using only the component (B) without using the component (A).
[Comparative Example 2]
As shown in Table 1, without using the component (A), using only the component (B), and using MX-270 manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd. as a crosslinking agent in an amount of 3% by mass based on the component (A) In the same manner as above, a resist underlayer film composition was obtained.
<レジストパターンの形成>
シリコンウェハ上に慣用のレジストコーターを用いてノボラック樹脂を含む下層膜形成用組成物を塗布し、250℃で90秒の条件にて加熱処理を行うことにより、厚さ220nmのボトムレイヤー(下層膜)を形成した。
次に、ボトムレイヤー上に上記の実施例1から5及び比較例1、2のレジスト下層膜用組成物を塗布し、250℃で90秒の条件にて加熱処理を行うことにより、厚さ600Åのレジスト下層膜を形成した。さらに、上記レジスト下層膜(反射防止膜)上にレジスト組成物を塗布してレジスト層を形成し、ArFエキシマレーザーで露光、現像することにより、ラインパターンを形成した。
実施例1から5及び比較例1で使用したレジスト組成物としては、以下の各成分を混合し、調製したものを用いた。
樹脂:下記式で表されるユニット(C1:C2:C3=3:5:2、分子量10000)を有する樹脂 100質量%
溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:乳酸エチル=8:2
<Formation of resist pattern>
A bottom layer (underlayer film) having a thickness of 220 nm is formed on a silicon wafer by applying a composition for forming an underlayer film containing a novolak resin using a conventional resist coater and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds. ) Was formed.
Next, by applying the resist underlayer film compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 on the bottom layer and performing heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds, a thickness of 600 mm is obtained. A resist underlayer film was formed. Further, a resist composition was coated on the resist underlayer film (antireflection film) to form a resist layer, and exposed and developed with an ArF excimer laser to form a line pattern.
The resist compositions used in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were prepared by mixing the following components.
Resin: Resin having a unit represented by the following formula (C1: C2: C3 = 3: 5: 2, molecular weight 10,000) 100% by mass
Solvent: Propylene glycol monomethyl ether acetate: Ethyl lactate = 8: 2
<レジストパターンの評価>
上記で形成されたレジストパターンの形状について評価を行った。この評価は、レジストパターンにおいてパターン及び裾引きの状態をSEM(透過型電子顕微鏡)にて観察することにより行った。その結果、実施例1から5はいずれも比較例1、2と比べてレジストパターンにおける裾引きが低減され、良好なパターン形状を示した。中でも実施例4、5、6は特に良好な形状のパターンを形成することが可能であることが示された。
<Evaluation of resist pattern>
The shape of the resist pattern formed above was evaluated. This evaluation was performed by observing the pattern and the bottoming state of the resist pattern with a SEM (transmission electron microscope). As a result, in Examples 1 to 5, the tailing in the resist pattern was reduced as compared with Comparative Examples 1 and 2, and a good pattern shape was shown. In particular, it was shown that Examples 4, 5, and 6 can form a pattern having a particularly good shape.
10,20 基板
12,22 レジスト下層膜
14,24 レジスト膜
26 下層膜
10, 20 Substrate 12, 22 Resist underlayer film 14, 24 Resist film 26 Underlayer film
Claims (7)
A resist underlayer film obtained by applying the composition for resist underlayer film according to claim 1 and baking at a predetermined temperature.
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